Pilz PSENscan: Sicherheit im Blick

Optoelektronische Sensoren sichern Maschinen und Anlagen optimal ab, wenn ein aktiver Eingriff in den Produktionsprozess stattfindet.

Bei Lichtgittern schützt ein unsichtbares Infrarot-Schutzfeld vor gefährlichen Bereichen. Wird ein Lichtstrahl unterbrochen, löst das sofort einen sicheren Abschaltbefehl aus. Je nach Anforderung erfüllen Lichtgitter gemäß EN/IEC 61496-1/-2 „Sicherheit von Maschinen – Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen“ Finger-, Hand- und Körperschutz. Sie haben kurze Reaktionszeiten im Millisekunden-Bereich, die allerdings mit der Länge und damit indirekt mit der Zahl der Strahlen zunehmen.

Um den Schutzbetrieb aufrecht zu halten und dennoch Material durch das Lichtgitter zu führen, haben sich erweiterte Funktionen wie Blanking, Muting oder Kaskadierung durchgesetzt. Bei Blanking werden einzelne Strahlen bis hin zu ganzen Bereichen ausgeblendet. Muting meint die sichere, automatische und vorübergehende Überbrückung des Lichtgitters im laufenden Betrieb um z. B. Material in einen bzw. aus einem Gefahrenbereich zu transportieren. Bei der Kaskadierung reduzieren die übereinander angeordneten und in Reihe geschalteten Lichtgitter nicht nur den Aufwand für die Verdrahtung, sondern diese Lichtgitter arbeiten auch mit durchgängigen Einzelstrahlen, die die sogenannten Totzonen komplett ausschließen.

Der Sicherheits-Laserscanner PSENscan bietet eine zweidimensionale Flächenüberwachung mit einem großen Öffnungswinkel von 275 Grad: Bis zu drei getrennte Zonen lassen sich gleichzeitig überwachen und bis zu 70 umschaltbare Konfigurationen einrichten.

Fünf Fragen, Stephan Marban antwortet:

(h3)Herr Marban, Pilz hat auf der Hannover Messe bzw. auf der SMART Automation unter dem Motto „Reihenweise produktiver in 2-D“ einen neuen Sicherheits-Laserscanner namens PSENscan präsentiert. Was ist das Besondere an dieser Schutzeinrichtung?

Bei der Entwicklung einer Schutzeinrichtung geht es u. a. darum, einen möglichst perfekten Spagat zwischen Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit zu schaffen. Und das Schöne ist: Mit diesem flexibel konfigurierbaren Sichereits-Laserscanner lassen sich bis zu drei getrennte Zonen gleichzeitig und sicher überwachen. Dadurch wird die Produktivität von Anlagen signifikant erhöht.

(h3)Sie sagten flexibel konfigurierbar – was bedeutet das im Detail?

Da der PSENscan sowohl für eine stationäre Flächenüberwachung als auch bei fahrerlosen Transportsystemen oder im Bereich der kollaborativen Robotik eingesetzt werden kann, ist es wichtig, dass die jeweiligen Warn- und Schutzfelder optimal an den jeweiligen Einsatzbereich bzw. an die bestehenden Umgebungsbedingungen angepasst werden können. Demnach können unterschiedliche Zonenkonfigurationen hinterlegt werden und es lassen sich auch unterschiedlich große Sicherheits- und Warnzonen für beispielsweise den Einricht- und Produktivbetrieb definieren.

(h3)News gibt’s auch beim Thema SafetyEYE zu vermelden – stimmt das?

Ja, wir werden auf der diesjährigen SPS/IPC/Drives in Nürnberg die neueste Generation unseres sicheren 3D-Kamerasystems vorstellen. Das besondere Highlight dabei: Ein Live-Video-Server, mit dem sich Warn- und Schutzräume auch „von remote“ anzeigen lassen.

(h3)Neigen die Anwender bei diversen Schutzeinrichtungen eigentlich noch immer „zum Überdimensionieren“, um auf jeden Fall auf der sicheren Seite zu sein?

Das war vielleicht früher einmal der Fall. Mittlerweile wird in den meisten Betrieben sehr knapp kalkuliert und nur so viel Sicherheit eingebaut, wie tatsächlich benötigt wird für die jeweilige Anwendung. Was viele vielleicht nicht wissen: Rein von der Funktionalität her gibt es bei Sicherheitslichtgittern keinen Unterschied, sondern es ist lediglich der Aufbau der internen Architektur, der darüber entscheidet, welcher Sicherkategorie ein bestimmter Gerätetyp entspricht.

(h3)Gibt es so etwas wie ein Universalgenie bei den optischen Schutzeinrichtungen – also eine Lösung, die (fast) immer passt?

Nein, das muss wirklich von Fall zu Fall entschieden werden. Welche Schutzeinrichtung letztendlich die passendste ist, hängt immer von der jeweiligen Applikation bzw. von der benötigten Sicherheitsanforderung ab.

Vielseitigkeit als Stärke

Sollen Flächen insbesondere vor Maschinen abgesichert werden, kommen Laserscanner zum Einsatz. Dabei tastet ein Laserstrahl die zu überwachende Fläche ab. Wird er durch einen Fremdkörper reflektiert, wird dieser erkannt und die gefahrbringende Bewegung abgeschaltet. Über die Messung der Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Wiedereintreffen des Lichtpulses wird der Abstand zu einem Objekt bestimmt. Um Objekte in verschiedenen Richtungen zu erkennen, wird der Laser über einen sich drehenden Spiegel ausgesendet.

Sichere Laserscanner überwachen als Sicherheitsprodukt der Kategorie 3 nach IEC/EN 61496 2D-Flächen. Die große Stärke von Scannern ist ihre Vielseitigkeit. So reicht das Anwendungsspektrum von der stationären Flächenüberwachung über Fahrerlose Transportsysteme (FTS) bis hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Vor allem der Hintertretschutz hat in den vergangenen Jahren eine immer größere Bedeutung bekommen: Oftmals reicht es nicht aus, nur den Zugang zu Gefahrenbereichen wie etwa einer Roboterzelle zu sichern (Durchtretschutz). Der Raum dahinter muss ebenfalls überwacht werden, da ein ungewolltes Wiederanlaufen verhindert werden muss, solange sich Personen im Gefahrenbereich befinden. Im Gegensatz zu Schlüsseltransfersystemen kann der Betrieb nach Freiwerden des Gefahrenbereichs nahtlos wiederaufgenommen werden. Je nach Gefährdungsbeurteilung kann in vielen Anwendungsfällen auch vollständig oder in Teilen auf Einhausungen verzichtet werden, was zum Beispiel einen schnellen Materialwechsel und eine unkomplizierte Wartung erlaubt.

Mit einer Reichweite von 5,5 m für den Sicherheitsbereich kann der Sicherheits Laserscanner PSENscan von Pilz selbst große Flächen mit einem Gerät abdecken. Der bis zu 20 m reichende Warnbereich erlaubt es, dass eine Person rechtzeitig durch ein akustisches Signal gewarnt wird, bevor die Maschine in einen, vielleicht kostspieligen, Stillstand versetzt wird. PSENscan besitzt einen großen Öffnungswinkel von 275°. Anwendungen, in denen mehrere aneinandergrenzende Seiten einer Maschine oder eines FTS über wacht werden sollen, können so im Vergleich zu einem 180°-Scanner mit einer geringeren Geräteanzahl realisiert werden.

Das kamerabasierte Schutzsystem PSENvip dient als mitfahrende Schutzeinrichtung der sicheren optischen Überwachung von Abkantpressen und das sichere 3D-Kamerasystem SafetyEYE ermittelt und meldet das Eindringen von Objekten in zuvor definierte dreidimensionale Räume.

Schutz von oben

Neuere Entwicklungen am Markt sind sichere Kamerasysteme zur Überwachung frei konfigurierbarer Bereiche. Im Unterschied zu einfachen Sensoren können sie detaillierte Informationen über den gesamten Überwachungsbereich erfassen und auswerten.

Um Kamerasysteme überhaupt im Bereich der sicheren Automation einsetzen zu können, müssen auch sie den Anforderungen der EN/IEC 61496 mit ihren verschiedenen Teilen genügen. Dort werden speziell für optische Sensoren relevante Anforderungen und Tests beschrieben, die ein sicherer Sensor erfüllen muss.

Je nach Anwendung sind verschiedene Technologien gefordert, um den Anforderungen der Applikation prozess- und sicherheitstechnisch gerecht zu werden: In Bereichen in denen beispielsweise Mensch und Roboter zusammenarbeiten eignen sich 3D-Kameras für die räumliche Zugangsüberwachung. Beispiel für ein sicheres, kamerabasiertes 3D-Schutzsystem ist SafetyEYE von Pilz. Mit hochdynamischen CMOS-Bildsensoren bestückte Kameras detektieren Strukturen wie z. B. Menschen oder Objekte und liefern permanent Bildinformationen des zu überwachenden Raums an eine Auswerteeinheit. SafetyEYE generiert daraus einen dreidimensionalen Schutzraum, quasi wie ein Sicherheits-Kokon.

SafetyEYE wird im Gegensatz zu Zäunen oder Matten nicht auf dem Boden aufgebaut oder im Umfeld wie Lichtgitter oder Scanner, sondern über dem zu beobachtenden Prozess angebracht. Der besondere Nutzen dieser Herangehensweise liegt in einem barrierefreien Umfeld für den Werker. Tritt ein Werker in den als Schutzraum definierten Aktionsbereich eines Roboters, veranlasst das Sicherheitssystem den sofortigen Not-Halt. Die Warnräume hingegen decken verschiedene Funktionen ab: eine gefährliche Bewegung verlangsamen, eine Warnlampe aktivieren oder auch ein akustisches Signal auslösen. Zum anderen erlauben Warnräume über die reine Sicherheitsfunktion hinaus die Erfassung und Kontrolle von Prozesszuständen. So kann beispielsweise in der Automobilfertigung eine geöffnete Karosserie-Tür detektiert werden, die eigentlich geschlossen sein sollte.

PSENopt eignen sich optimal für Maschinen, bei denen zyklische Eingriffe erfolgen, z. B. Einlegearbeiten oder Materialzu- und Materialabführung.

Mitfahrendes Schutzsystem für Abkantpressen

Für die sichere Überwachung von Abkantpressen eignen sich telezentrische Kamerasysteme, die, abstandsunabhängig von der Kamera, Objekte gleich groß abbilden. Das mitfahrende, kamerabasierte Schutz- und Messsystem PSENvip von Pilz erkennt kleinste Fremdkörper und bietet zusätzlich einen integrierten Hintergreifschutz. Der dazugehörige Kamerachip verfügt über ein paralleles Blickfeld, das von der gegenüber liegenden Seite der Abkantpresse bestrahlt wird. Das System fährt mit dem Oberwerkzeug mit, ist auf dieses ausgerichtet und überwacht fixe, virtuelle Schutzbereiche. Diese Schutzbereiche sind vor, hinter und unter dem Werkzeug angebracht. So wird ein gefährliches Eingreifen beim Abkantvorgang von jeder Seite der Presse aus verhindert. Durch den ständigen Datenabgleich zwischen der CNC-Steuerung der Abkantpresse, einer sicheren Steuerung und dem Kamerasystem ermittelt die sichere Steuerung zuverlässig die momentane Position des Oberwerkzeugs über dem Blech, während das Kamerasystem die Schutzbereiche überwacht.

Stimmige Gesamtlösungen

Bei der sicherheitstechnischen Ausstattung von Maschinen kommt es nicht nur auf die einzelnen Komponenten an, sondern auch auf deren Zusammenspiel: Sensor(en) und Auswerteeinheit von einem Hersteller zu beziehen, bedeutet, dass die Schnittstellen zwischen den Komponenten bereits aufeinander abgestimmt sind. Der Anwender muss keine Datenblätter wälzen und aufwendige Tests einsehen, um sicherzustellen, dass die von ihm ausgewählten Komponenten auch tatsächlich im Zusammenspiel reibungslos funktionieren.

Werden beispielsweise die Lichtschranken PSENopt mit sicherer Steuerungstechnik ebenfalls von Pilz kombiniert, etwa mit dem konfigurierbaren Sicherheitssystem PNOZmulti, profitieren Anwender von aufeinander abgestimmte Komponenten. Geringe Gesamtreaktionszeiten sorgen dafür, dass die Applikation innerhalb kürzester Zeit abschaltet.